В 1045 году новгородский князь Владимир, сын Ярослава Мудрого, во время архиепископа Луки (Жидяты) заложил каменный храм (по В.Л. Янину – в 1046 г.) Строительство было завершено в 1050 г., довольно быстро, если учесть, что на него ушло не менее 10 тыс. кубометров камня и кирпича. Данные о времени освящения церкви расходятся. В Софийской 1-й летописи оно отнесено к 1050 году, в Новгородской 3-й летописи – к 1052 году. Данные о первоначальной росписи собора Константинопольскими мастерами сразу по завершении строительства имеются в Новгородской 3-й летописи.
Известный историк древнерусского искусства В. Г. Брюсова предположила, что первое освящение произошло 5 августа 1050 г. в воскресенье – в предпразднование Спаса Преображения. Оно было связано с окончанием строительства храма. Второе же имело место в праздник Воздвижения – 14 сентября 1052 г., когда София была расписана фресками и украшена иконами. Между прочим, подобная же, двойная дата указана источниками и в относительно Софии Киевской.
Софийский собор – пятинефный трехапсидный десятистолпный храм. С трех сторон (кроме восточной) к нему примыкают широкие двухэтажные галереи. В западной галерее южнее входа размещена лестничная башня. Столбы храма крестчатые, во всех внутренних и наружных стенах им отвечают плоские лопатки. Хоры имеют большую площадь, занимая западное членение центрального нефа, два членения средних нефов и целиком крайние боковые. В центральном нефе и трансепте хоры открываются в подкупольное пространство двойными арками, опирающимися на промежуточные столбы (круглый в центральном нефе и граненые в трансепте). Во втором ярусе у промежуточных столбов квадратное сечение, а столбы, поддерживающие своды над юго-западной и северо-западной частями хор, граненые. Все своды, на которые опираются хоры, цилиндрические, повернутые осями по линии север-юг. В первом ярусе галерей в средней части западного и южного фасадов проемы были открытыми, а на остальных участках, так же как и на всем периметре второго яруса галерей, закрытыми. Вход на хоры идет из юго-западной части собора через лестничную башню на западную галерею второго яруса, а оттуда внутрь храма. Каменная лестница несколько раз обвивает круглый столб, размещенный в центре. Ступени лестницы имеют большую ширину, между ними часто встречаются площадки. Минуя проход на хоры, лестница продолжается до верха башни, откуда имеется выход на крышу собора.
Восточные членения первого яруса галерей заняты приделами-часовнями, имеющими большие самостоятельные полукруглые апсиды. Придел в южной галерее – Рождества Богородицы, в северной – Иоанна Богослова. Западные стены этих приделов не совпадают с общей разбивкой столбов храма, а сдвинуты к западу аналогично стенам над ними во втором ярусе, выделяющим в восточных концах галерей замкнутые помещения. Замкнутые помещения образует также угловое юго-западное членение галерей в обоих ярусах. Западное членение северной галереи в первом ярусе представляет собой еще один придел – Усекновения главы Иоанна Предтечи – с очень плоской дугообразной апсидой, размещенной западнее входного пролета. Средняя часть южной галереи называется Мартирьевской папертью, а западной – Корсунской папертью. В восточном членении южного нефа был сделан придел Иоакима и Анны.
Центральная часть собора перекрыта крестообразно расположенными цилиндрическими сводами; над их перекрестьем и в диагональных членениях возвышается 5 глав. Кроме того, еще одна глава венчает башню. Крайние северный и южный нефы, так же как и западный поперечный, перекрыты чередующимися цилиндрическими сводами и сводами треугольного сечения; в северном и южном нефах они повернуты осями в направлении север-юг; в западном поперечном нефе так повернут только крайний с юга свод. Первый ярус галерей (кроме северной) перекрыт цилиндрическими сводами, опирающимися на аркбутаны. Во втором ярусе южной галереи своды полуцилиндрические, в западной – цилиндрические.
Кровля собора имеет посводное двуступенчатое покрытие. Одни своды округлые – закомары, другие двускатные – щипцы. На золоченом кресте центрального золоченого купола покоится свинцовый голубь. Когда-то голубь был символом Святого Духа, а позже возникла легенда. Легенда гласит о том, что "летел голубь над Новгородом и новгородцами. Увидел голубь зверства опричников, муки лютые, на которые царь Иван Грозный обрек новгородцев и… окаменел. А когда слетит голубь с креста, тут и Новгороду конец". Маковицам глав придан вид древнерусских шлемов.
Декоративные элементы фасадов собора очень скромны: они ограничиваются зубчатым поясом в архивольтах закомар и участками декоративной кладки. Все барабаны глав завершаются поясом, украшенным полосками зубцом, без горизонтального карниза. Центральная апсида оформлена тонкими полуколонками, не доходящими до земли. Обрамление входов в Софию, а также отделка больших окон над входами наличниками являются поздними привнесениями (XVI – XVII вв.)
Первоначальный пол был ниже современного на 130 см, отсутствовали большие окна над входами, остальные окна были более узкими. До конца XIV века не было высоких иконостасов. С хор открывался вид на главный алтарь. Оттуда хорошо можно было наблюдать за богослужением.
Внутреннее пространство Софии из-за массивных столбов, а также из-за узких межстолпных сводов, кажется несколько стесненным и не гармонирующим со строгой простотой внешних форм здания. Но достаточно немного присмотреться, чтобы изменить первое ошибочное впечатление. Оказывается, и внутри, так же, как и снаружи, нет ничего лишнего, не оправданного конструктивными надобностями. Единственным декоративным элементом во всем внутреннем архитектурном убранстве можно назвать лишь прокладные плиты столбов, установленные через промежутки в три ряда. Арки хор, кажущиеся снизу легкими, не являются декоративными, а несут тяжесть сводов второго этажа.
В архитектуре Софийского собора выявлено ощущение монолитности здания, чувство упругости объемов, нарастания вверх массы главного четверика, барабана и куполов. Здесь выражено восприятие архитектурной постройки как монумента, что станет характерной особенностью дальнейшего развития русской архитектуры. Размер основного объема собора (без галерей): длина 27 м, ширина 24.8 м; вместе с галереями: длина 34.5, ширина 39.3 м, азимут 120 градусов. Размер сторон подкупольного квадрата 6.19-6.28 м. Толщина стен собора 1.2 м. Высота от уровня древнего пола до голубя на кресте средней главы – 38 м. Стены собора сложены из камней. Использованы известняк различных пород и булыжники. Местами имеются пояса – прокладки нескольких рядов кирпичей в технике со скрытым рядом. Софийский собор сложен из волховского известняка голубоватого, сероватого, зеленоватого, желтого и коричневатого оттенков. Камни скреплены между собою известковым раствором с примесью толченого кирпича (цемянкой). Камни не обделаны, за исключением подтески сторон, выходящих на поверхность стен. Подтеска была необходима для получения отвесной линии стен. Разнообразная расцветка камня натолкнула исследователей на мысль, что первоначальная София не была покрыта снаружи цемяночным раствором, и камни в своей богатой красочной гамме оставались обнаженными. Эти известковые и валунные камни с гладкой затертой между ними цемянкой розовато-коричневого цвета придавали стенам собора, отличающегося простой и художественно лаконичной общей формой, исключительную живописную насыщенность. Переливающаяся прозрачная расцветка камней с подрезкой в виде фаски затирочного слоя цемянки вокруг каждого из них, как больших, так и самых малых, иногда доходящих до величины с грецкий орех, создает впечатление самоцветов, вставленных в оправу не менее колоритной цемянки. Но об этом можно говорить лишь по отношению прямолинейных в плане стен.
В арках и сводах уложено больше кирпичей в той же технике скрытого ряда. Кирпич был использован при кладке всех арок и арочных перемычек над оконными и дверными проемами, а также в кладке сводов. Своды куполов выложены из одного кирпича. Во внутренних сводах употреблен камень.
Внутренняя поверхность кладки забутована более мелкими камнями и кирпичами со значительным количеством раствора. Характер кладки в разных частях здания не вполне одинаков. Встречаются участки декоративной фигурной кирпичной кладки.
В стенах проходит несколько ярусов дубовых связей. В некоторых участках в кладке широко использованы горшки местного производства. Фундаменты собора ленточные, из валунов на растворе. Первоначальный цемяночный пол собора лежал на уровне более чем на 2 м ниже современного. Выше обнаружены остатки еще двух полов из каменных плит, относящихся к XI-XII вв. В центральной апсиде найдены остатки мозаичного пола, сделанного, по-видимому, в XII в., – небольшие фрагменты мозаичного набора в цемяночном грунте и обломки серых известняковых плит с мозаикой. Несколько каменных плит с мозаичной инкрустацией уцелело в облицовке нижней части стен апсиды вокруг горнего места. В центральной апсиде выявлены остатки престола, столбиков деревянного кивория, основы запрестольного креста. Первоначально горнее место было двухступенчатым с фресковой росписью; позднее оно переделано в трехступенчатое с облицовкой мозаикой. Встречены также следы деревянной алтарной преграды. В Рождественском приделе первый пол был из поливных плиток, а более поздний – мозаичный.
Конструктивной особенностью Софии, не встречающейся в других русских памятниках XI века, является наличие четверть-циркульных арок (аркбутанов) в южном притворе (Мартирьевской паперти). Они были и в северном притворе, но исчезли при восстановлении северной стены в последней четверти XIII века. Аркбутаны, входившие в Софии в состав наружной галереи, хорошо известны в романской архитектуре. На южной паперти можно видеть фреску "Константин и Елена", ниже её сохранилась композиция "Деисус"; кроме того, древняя роспись находится в центральном куполе храма. Остальная живопись собора относится к 1890-м годам. Главный иконостас Софии состоит из икон, написанных в XIV-XVII веках и в основном сложился к 1528 году. Ныне в соборе находится чудотворная икона XII столетия "Знамение Богородицы". Помимо главного, существует ещё иконостас в Рождественском приделе. Большая часть икон Рождественского иконостаса написана одновременно в первой половине XVI века. В придел ведут медные Корсунские врата, являющиеся самым древним памятником прикладного искусства в храме. Они изготовлены византийскими мастерами XI века. Еще одни вели- колепные врата украшают главный, западный вход в Софийский собор. Это Магдебургские врата. Они отлиты в середине XII столетия немецкими мастерами в Магдебурге. Это воинский трофей новгородцев, захваченный в боях за шведскую крепость Сигтуну еще в 1187 г.
София несколько десятилетий была единственной каменной постройкой Новгорода.
В 1930 г. Софийский собор стал музеем. Во время Великой Отечественной войны (1941-1945 гг.) он был варварски разграблен и разрушен: стены и своды пробиты снарядами, позолота куполов вместе с медными листами содрана. Многие произведения монументальной живописи погибли безвозвратно.
В послевоенные годы храм был восстановлен. В нем разместили выставки "Рукописная
и старопечатная книги", "Софийский дом в экономике и культуре Новгорода", "Софийские граффити". 14 августа 1991 г. сессия областного совета утвердила решение облисполкома о передаче Новгородской епархии русской Православной церкви Софийского собора в постоянное и безвозмездное пользование. 15 августа был подписан акт о передаче, а на другой день состоялось торжественное освящение собора, которое совершил Патриарх Московский и Всея Руси Алексий II.
Софийский собор вновь стал действующим, однако ценнейшие раритеты, такие как Успенский и Рождественский иконостасы с иконами XV-XVII вв., гробницы с мощами основателя собора – новгородского князя Владимира Ярославича, святых Никиты и Федора, икона XII в. – хранительница города – "Знамение Божьей Матери", паникадило, подаренное собору Борисом Годуновым и другие, доступны для осмотра.
